La varietà è il sale della vita, specialmente quando si tratta di genetica. La nostra specie ha bisogno del DNA per mescolarsi per creare la diversità genetica, che è la chiave per la salute e la robustezza della popolazione. Quando le cellule si dividono e crescono, tutte e 22 le coppie di cromosomi in un essere umano possono eseguire scambi genetici su tutta la loro lunghezza, ad eccezione dei cromosomi sessuali. Poiché X e Y differiscono nelle dimensioni e nei geni che trasportano, questi due fasci genetici rimangono distanti.
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Ma la ricerca ha mostrato come a volte i cromosomi sessuali scambiano dati genetici in punti selezionati e sembra che il loro scambio sia più trascurato di quanto si pensasse inizialmente.
Un team guidato da Melissa Wilson Sayres presso la Arizona State University offre nuovi dettagli su ciò che accade quando i cromosomi X e Y scambiano DNA durante la divisione cellulare che dà origine a uova e spermatozoi. Curiosamente, il loro lavoro conferma che quando i cromosomi sessuali conversano, un particolare gene che è fondamentale per lo sviluppo maschile a volte viene spostato accidentalmente. I risultati potrebbero aiutare a spiegare perché alcune persone hanno il DNA femminile - una coppia di cromosomi X - ma si sviluppano fisicamente come maschi.
Milioni di anni fa, i nostri cromosomi X e Y erano approssimativamente equivalenti e erano in grado di scambiare liberamente materiale genetico. Nella maggior parte dei casi, l'evoluzione favorisce questo scambio di DNA tra i cromosomi perché aumenta la diversità. Ma oggi, il cromosoma X è molto più lungo del cromosoma Y e alle punte rimangono solo due piccole regioni corrispondenti. "Parliamo spesso di quanto X e Y siano diversi", afferma Wilson Sayres. "Ma ci sono due regioni in cui sono identiche", chiamate regioni pseudoautosomiche. È qui che i cromosomi X e Y possono associarsi e scambiare il DNA.
Precedenti lavori dei genetisti David Page del MIT e Bruce Lahn dell'Università di Chicago hanno dimostrato che, milioni di anni fa, alcuni segmenti del cromosoma X sono stati tagliati, ribaltati e reinseriti. Il risultato di questa mutazione, chiamata inversione, è che i cromosomi X e Y non possono più interagire nella regione invertita. Le analisi del laboratorio di Wilson Sayres hanno anche mostrato in precedenza che le inversioni sul cromosoma X sono avvenute fino a nove volte nella nostra storia evolutiva.
Queste inversioni "sono state favorite dalla selezione naturale perché hanno impedito al gene determinante maschile di ricombinarsi sulla X e hanno permesso a X e Y di evolversi in modo indipendente", afferma Qi Zhou, un borsista post-dottorato dell'Università della California, Berkeley, che studia evoluzione dei cromosomi sessuali in moscerini della frutta e uccelli.
Poiché il processo di inversione dimezza i geni, gli scienziati possono vedere i confini pseudoautosomici dei cromosomi semplicemente osservando la sequenza del DNA e identificando i pezzi di geni troncati. Quindi Wilson Sayres si chiedeva se lo scambio genetico all'interno delle regioni pseudoautosomiche potesse lasciare una distinta firma della diversità con bordi netti. "Poiché la ricombinazione sta avvenendo nelle regioni pseudoautosomiche, dovrebbe esserci una maggiore diversità lì rispetto alle altre parti del cromosoma X", afferma Wilson Sayres.
Per testare l'idea, lei e i suoi collaboratori universitari dell'Arizona State hanno analizzato i modelli di diversità genetica nei cromosomi X di 26 donne non correlate. Con loro sorpresa, la squadra non ha osservato un confine chiaro. "La diversità diminuisce quasi a un ritmo lineare attraverso il limite pseudoautosomico, il che suggerisce che i confini della ricombinazione non sono molto rigidi", afferma Wilson Sayres. Invece, sembra che quando le regioni pseudoautosomiche scambiano frammenti di DNA, a volte i pezzi vicini della regione invertita vengono portati con sé per la corsa. Il team presenta i risultati questa settimana al meeting 2015 della Society of Molecular Biology and Evolution a Vienna.
La scoperta "è davvero importante, perché uno dei geni sul cromosoma Y che è molto vicino a quel limite è SRY, la regione determinante del sesso della Y", afferma Wilson Sayres. SRY è un gene che è la chiave per iniziare lo sviluppo dei testicoli nei maschi. "Se il limite non è impostato, puoi trasferire il gene SRY sul cromosoma X", afferma. In tal caso, un individuo con un genotipo XX, che è tipicamente femmina, può invece svilupparsi come maschio. XX sindrome maschile, detta anche sindrome di de la Chapelle, si verifica in 1 su 20.000 persone che appaiono esternamente di sesso maschile. Gli individui con questa rara condizione sono generalmente sterili.
"Molte specie di mammiferi hanno SRY, ed è in punti molto diversi sul cromosoma Y, perché le inversioni sono avvenute molte volte indipendentemente in diversi lignaggi", aggiunge Wilson Sayres. "È solo sfortuna che, nell'uomo, il gene SRY sia vicino al limite di inversione."
Uno studio del 2012 di Terje Raudsepp presso la Texas A&M University e i suoi colleghi avevano già suggerito che gli errori nella ricombinazione XY possono spostare SRY nel cromosoma X nell'uomo e negli scimpanzé. Il nuovo lavoro aumenta questo risultato e mostra un meccanismo probabile. Inoltre, poiché i confini della regione di scambio sono così confusi, è probabile che la sindrome del XX maschio non sia un fenomeno recente "colpo di fortuna" nell'uomo moderno, ma si è verificato per almeno migliaia di anni. "XX maschi probabilmente si sono verificati con questa frequenza durante l'evoluzione umana", afferma Wilson Sayres.
La nuova analisi mostra anche un picco inaspettato della diversità genetica in una sezione invertita del cromosoma X che, nell'uomo, è stata copiata e aggiunta al cromosoma Y. Uno dei geni all'interno di quel picco si chiama protocadherin 11, un gene che si pensa sia coinvolto nello sviluppo del cervello. "Le persone di solito presumono che questa regione sia specifica per X, ma in realtà dimostriamo che ci sono scambi tra X e Y in quella regione", afferma Wilson Sayres. Questo è importante perché “la regione trasposta all'X sembra una nuova terza regione pseudoautosomica. Ciò potrebbe portare a un nuovo processo per i geni di sesso maschile dalla Y per saltare sulla X, dove non appartengono, portando a ulteriori disturbi genetici del cromosoma sessuale. "
"Il lavoro del gruppo del Dr. Wilson Sayres sicuramente aggiunge alla profondità dell'analisi delle curiose caratteristiche dei cromosomi sessuali umani", afferma Raudsepp.
